绿色矿山技术
传播与践行者
核心提示：基本信息和考虑选矿工艺试验的做法和工作量随试验的目的和课题的难易度而异。在已生产的矿 山，为了预报矿体各部位矿石的可选性,指导选矿厂的日常生产工作，通常只需要做少 数几组试验;而为了研究一个大型矿床中复杂矿石的开发利用问题，
基本信息和考虑
选矿工艺试验的做法和工作量随试验的目的和课题的难易度而异。在已生产的矿 山，为了预报矿体各部位矿石的可选性,指导选矿厂的日常生产工作，通常只需要做少 数几组试验;而为了研究一个大型矿床中复杂矿石的开发利用问题，试验工作往往须持 续许多年，甚至延续到建厂投产后。研究工作者应在试验前注意弄清任务，了解各方面 的情况和信息，妥善地规趔和组织自己的试验工作,力争以较小的代价获得足以令人满 意的结果。试验者必须勇于创新，但又必须注意到研究成果在实践中的可行性。选矿 工作者同地质、釆矿、冶金和经济学家的密切配合，是顺利地完成研究任务的必要前提。
为了拟订试验方案，首先必须了解和考虑下列几方面的情况和问题：
（1） 矿区概况如地质条件、地理状况、气候、水源、能源和交通等。这些均将对今 后矿山的生产和经济效益产生影响。应着重指出的一点是。水源和水质状况必须在试 验开始时就给予足够的重视。缺乏足够的新鲜水将迫使我们利用回水甚至尽可能地釆 用干法选别，恶劣的水质则将影响到浮选工艺条件。
（2） 矿床和矿石特性按照通常的理解,选矿是一个矿物分离过程。矿床的地质特 征。特别是矿石的矿物学特性，在技术上是制定选矿方案的主要根据。必要的地质学 知识有助于选矿工作者确切地提出对矿物学研究的要求以及无误地设计釆样方案。矿 物学知识对选矿工作者更是必不可少的。在许多情况下，工艺矿物学方面的研究工作 须由选矿研究机构本身来承担。
若不要求包罗万象，则可认为，工艺矿物学研究中下列几点将是最为重要的：1）有 用矿物在矿石中的含量、嵌布粒度以及矿物本身的组成;2）有用矿物同其他矿物的共生 组合和嵌镶关系;3）痕量元素的分布;4）潜在的可考虑综合回收的有用矿物。
（3） 矿山开釆方案釆矿方法和设备决定了今后选矿厂原矿的粒度特性和式，影响到破碎设备以及运输和仓储能力的选择;釆矿顺序则对确定釆样方案具有决定 性意义。对试样代表性的认识，地质部门关心的是整个矿床的工业利用价值，首先是储 量和品级，因而在釆样时着重考虑的只是如何保证矿体中不同部位以及不同类型和品 级的矿石均有样品的问题;矿山企业则还必须考虑到不同时期釆出的矿石性质上的异 同。拟建中的选矿厂显然必须首先满足前期釆出矿石选矿的要求，但又必须能在今后 比较容易地过渡到适合于处理后期开釆的矿石。
（4） 产品质量要求和市场状况现有各种有关选矿产品质量要求的标准，都是在正 常供需情况下，根据选矿和冶金（或其他下一步加工过程）技术的当前水平，综合考虑选 矿和冶金总体经济效益而确定的。由于经济体制的不合理，国际市场上初级产品价格 偏低，精加工往往比粗加工有利，生产高品级精矿一般也比生产低品级精矿有利。但 是，在某些情况下,如对于一些复杂难选的矿石，生产高品级精矿在经济上就并不一定 总是有利的，也就是说，不仅选矿成本增高，而且选矿和冶金的总体经济效益也不好，这 时就不如生产较低品级的精矿。在此情况下有时也生产高品级精矿，但这仅仅是为了 确保选矿产品的市场竞争能力。例如。国外某白钨矿选矿厂釆用了生产两种白钨精矿 的体制，对企业内部的冶金厂，只提供含W03为30%的精矿，供外销时才将该低品位精 矿按“水玻璃加温解吸法”进一步精选成含W03大于65%的合格商品精矿。
在对选矿工艺方案进行技术经济比较时，必须清醒地认识到，并非所有符合现行产 品质量标准的精矿，均可有保障地获得销路。对市场变化趋势的了解，永远是不可缺少 的。特别需要注意的是，一个大型矿山的投产，本身就是影响市场供需平衡的重要因 素。
（5） 环境保护规范环境保护方面的要求，往往会限制我们使用一些技术上明显有 效、甚至经济上也似乎有利的工艺。在估算一项技术方案的经济效益时，不仅要考虑这 一工艺本身的实施费用，而且还必须计及由它引起的环境污染防治费。
（6） 文献资料和生产实践随着科学技术的发展和文献情报资料数量的增加，使得 即使是有经验的工程师也很难及时地完全掌握甚至是属于本身工作领域内的科技现状 和动态。试验前的文献工作和实践调查将是整个研究工作中必不可少的一环。文献检 索可以利用各种检索工具、如各种索引和文摘。对选矿工程师有用的文摘刊物，当首推 美国的化学文摘（Chemical Abstracts，简称CA）,它创刊于1907年,其特点是摘录的文献 范围较广，基本上属于报导性文摘，也就是说，看了文摘常可不再查阅原文。为了便于 查找，它还编有各种索引。除CA以外，对选矿工作比较重要的文摘刊物还有：英国矿 冷学会的IMM文摘（IMM Abstracts）-英美合编的金属文摘（metals Abstracts），日本的科 学技术文献速报以及苏联的矿业文摘（P! "（0）。文献工作的另一个做法是, 先阅读专题性的综合述评或汇编资料，然后利用文后所附参考文献目录进行追溯。这 种做法虽然容易造成某些遗漏，但却可在工作开始时收事半功倍之效。此类综合专题 资料，可从公开出版物中查找，也可向专业情报机构索取。
二、矿石性质的研究
矿石的化学组成、矿物组成和结构构造以及矿石和矿物的工艺性质，是制定选矿方 案的基本依据，下面介绍的是对选矿试验工作至关紧要的问题。
（一） 矿石化学组成的研究
研究矿石的化学组成，是为了查明矿石中所含元素或化合物的种类和数量,分清其 中哪些是主要的，哪些是次要的；哪些可能有用，哪些可能有害。所用的检验方法为化 学分析和各种仪器分析方法（首先是光谱分析）。单靠化学组成研究结果不能弄清元素 的赋存状态，但由于有关检验方法相对地简捷，且可给出准确的定量结果，因而是整个 物质组成研究工作中不可缺少的一环,对下一步矿物学研究工作也具有重要指导意义。
（1） 光谱分析为了迅速而全面地查明矿石中所含元素的种类和大致含量,避免遗 漏某些微量元素，最好在用普通化学方法做元素分析前先用光谱分析法对原矿.（或产 品）进行普查,据此确定下一步分析的对象和化验方案。须注意的是，有些元素,如卤素 和S、Ra、Ac、P）等用光谱法不能测定；还有一些元素，如B、As、H-、Sb、K、Na等,其光谱 分析操作较复杂，有时也不做光谱分析,这些元素只好直接用化学分析方法测定。
（2） 化学全分析和多元素分析由于光谱法对许多元素，特别是含量高的元素难以 精确定量，因而在选矿工艺试验中一般都必须对原矿和某些主要产品做化学全分析或 多元素分析。顾名思义，化学全分析是为了确定矿石中全部化学成分的含量，凡经光谱 分析查出的元素，都应该作为化学全分析的项目，各成分含量总和应接近100%。多元 素分析则仅对其中重要和较重要的元素做定量化学分析。必须注意的是，选择检测项 目时，不仅要考虑有用和有害元素,而且要考虑造渣元素，即构成脉石矿物的元素，其中 最主要的是SiO2、Al2）3、CaO和MgO等。贵金属和稀散元素的价值很高,但含量通常很 微，应注意避免遗漏。金、银等贵金属常釆用类似于火法冶金的方法检测，这叫做试金 分析。
（二） 矿石的矿物组成及其结构和构造特征的研究
这部分涉及的是工艺矿物学研究的核心内容,包括：
（1）仪器和技术传统的矿物学研究方法，主要用各种光学显微镜鉴定矿石或岩石 标本。单矿物可利用各种物理方法分离和富集，或在显微镜下挑纯，然后用化学方法测 定这些矿物的组成。世界上最着名的光学显微镜仍数德国莱兹和蔡司系列产品。放大 倍数较低的双筒实体显微镜，由于简单易用而常为选矿工作者喜爱，借助于这种显微镜 可在选矿试验过程中直接观察产品的组成特性。矿物学家则宁愿使用既有反射光源又 有透射光源，因而既可观察薄片又可观察光片的岩（矿）相显微镜,通过同时检查透明相 和不透明相来研究矿石的组成和结构构造。样品的制备装置包括各种切割锯以及用于 制作薄片和光片的磨片和抛光设备。这些片子是由标本、岩心或松散矿粒制成,环氧树 脂等胶结物常用作固定试料的介质。矿物组成、颗粒粒度分布、连生特性和共生关系的 定量统计,可用计点法或视域比值法。精确的统计须对大量颗粒进行测定，这既乏味又 费时。电子计算机的应用可减轻鉴定人员的劳动，各种自动显微镜和图像分析仪的出 现可看作是这方面的实例。但是，对于含大量强非均质性、强双反射性矿物的选矿产 品，图像分析仪的使用将受到限制。显微镜下难于辨认的矿物，特别是透明矿物，鉴定 时常须配合使用X-射线衍射法。为了鉴定某特殊矿物，还可釆用某些特殊方法。例 如,粘土矿物和碳酸盐矿物可用热分析，放射性矿物可用自射线照射法,有机质和碳酸 盐矿物宜用红外光谱法。
近年来，各种微观分析仪器的迅速发展,使矿物工艺学的研究方法发生了很大的变 化。光学显微镜下难以分辨和确认的微观结构和微量组分，通常可利用扫描电镜或电 子探针鉴定和分析。值得注意的其他微观分析仪器有：能探测光片上金属矿物中微区 内痕量元素的激光探针,能探测同位素的离子探针;能鉴定金属超薄片上缺陷构造的透 射扫描电子显微镜以及可以检测矿物表面组成的俄歇电子能谱仪、X -射线光电子能 谱仪和二次离子质谱仪等表面分析探针。
（2）赋存状态有用和有害成分的赋存状态，决定着矿石的可选性。浮选和各种物 理选矿方法，都只能分离以独立矿物形式存在的有用成分和有害或无用成分。此外，即 使都是以独立矿物形式在在，只要物相不同,含同一元素的矿石的工业利用价值和可选 性就可能不同。例如，原生硫化铜矿物黄铜矿含铜仅34.57%，而次生铜矿物辉铜矿含 铜高达79.8%，相应矿石的选矿精矿含钢量亦必然差别甚大;硫化铜矿物均可用黄药直接浮选，因而选矿回收率一般较高，孔雀石和蓝铜矿等氧化铜矿一般须先硫化，然后 才能用黄药捕收，浮选回收率就较低，硅孔雀石的可浮性更差，可溶性铜则基本上不能 用浮选法直接回收。又如，某含铍多金属矿床，含BeO约0.07%，达到一般铍矿石工业 利用标准，但矿石中的铍主要是以硬羟钙铍石形式存在，纯矿物含BeO仅7.28%，低于 现行的铍精矿质量标准，因而未能作为铍资源划作工业储量。
类质同象混合物是矿石中微量元素的主要赋存状态之一。那些在自然界不构成或 很少构成单独矿物的稀散元素就主要以这些形式存在于载体矿物中，如铝矿物中的镓、 闪锌矿中的锢、错和镓以及辉铝矿中的铢等。类质同象混入物不能依靠浮选和各种物 理选矿方法同载体矿物分离，但可选入载体矿物精矿中，然后在冶金过程中回收。以类 质同象混入物形式存在于脉石矿物中的有用元素因而将无法回收，以此形式存在于有 用矿物中的有害杂质也不可能在选矿过程中排除。在矿石中呈胶体沉积细分散状态或 胶体吸附状态的夹杂成分同样难以用物理选矿方法分离。微细的机械包裹体形式,可 看作是独立矿物和类质同象混入的过渡形态，多半是固溶体分离的产物。由于包体粒 度已小于目前工业磨矿粒度，因而也不能用常规选矿方法分离。这种赋存状态，是造成 硫化矿浮选中铜和锌难以彻底分离的主要原因之一。一些金属矿物中的贵金属包体, 却可使这些矿物的精矿价值增高，甚至被看作是贵金属精矿，如含金黄铁矿。
（3）结构和构造矿石的结构和构造，指的是矿石中矿物颗粒和矿物集合体的赋存 形态、大小和空间分布上的特征。按照选矿工艺上的说法,主要是指矿石中不同矿物颗 粒的粒度和粒度分布以及共生组合和嵌镶关系，常不严格地统称为“嵌布特性”
矿石中矿物颗粒的粒度，决定着必须的破碎、磨碎粒度，从而也决定着可能釆用的 选矿方法和流程。粒度粗的可釆用重选和干式磁选等方法，粒度细的常用浮选和湿式 磁选以及电选法,微细粒则须用化学方法处理，但也可试用各种特殊工艺，如絮凝浮选 法。
嵌布特性通常包括三层含义：1）矿物颗粒的粒度分布特性。凡矿物颗粒相对地集 中于某一较小粒度范围内的，称为等粒嵌布，否则叫做不等粒嵌布。不等粒嵌布矿石, 首先是粗粒占优势的不等粒嵌布矿石，应考虑釆用多段磨选流程的必要性。2）矿物颗 粒在矿石中分布的均匀程度。分布不均匀，往往有利于选别。例如，若多种有用矿物颗 粒相互毗连，紧密共生，形成较粗的集合体分布于脉石基质中（叫做集合嵌布）,就有可 能在粗磨条件下丢出贫尾矿，从而减少下段磨矿费用和选别作业处理的矿量。又如，胶 体分散状沉积的矿石，如果有用矿物分布均匀，就基本上不可选,如果有用矿物和脉石 相对地富集于不同的层带中，就尚有可能用选矿方法分离富集。3）共生组合和嵌镶关 系。它决定着破碎、磨碎产品中连生体的组成和性质，从而也决定着这些连生体在选矿 过程中的可能走向、精矿的纯度和尾矿中有甩成分的损失量。
连生体特性的研究，是矿石结构和构造研究范畴内的另一项重要内容。由于矿石 中矿物颗粒大小不等以及不能指望矿石在粉碎作业中会严格地沿矿物颗粒接触面断 开，所以破碎和磨碎产品中总会有连生体。按其连生特性，可将连生体归纳为五种类型 （图2-1）。a型为甲（黑色）、乙（白色）两种矿物颗粒简单毗连，形成连生体的原因是矿 粒尺寸大于矿物颗粒的粒度，再次破碎后就可能解离，连生体的选别行为取决于两种矿 物比率;b型为乙矿物以壳状包于甲矿物外部，同样可指望依靠再磨使它解离，在物理 场中的选别行为亦取决于两种矿物的组成比例，浮选行为则仅取决于乙矿物,c型连生 体中甲矿物以薄膜覆盖于乙矿物上，量虽小却同样决定着整个矿粒的浮选行为，由于矿 石实际上已经磨到使乙矿物单体颗粒所应有的粒度，因而再磨不仅经济上不合理，而且 也难以使两种矿物彻底解离，型和e型连生体中甲矿物的占有比例同c型一样很小, 但选别行为均取决于作为主体矿物的乙矿物。后三种连生体从矿床成因上来说多半是
图2-1各种典型连生体
a-简单毗连;B-壳状；# -膜状；$ -脉状；％-微细包体
交代蚀变或固溶体分离的产物，在铜、铅、锌多金属矿石选别产品中常可见到。
（三）矿石和矿物工艺性质的研究
对应于选矿工艺过程的不同作业，选矿试验需要检测或了解的工艺性质可概括为 以下几个方面：（1）机械性质:硬度、破碎性能（包括选择性破碎和富集）和可磨度；（2）放 射性和光谱性质；（3）密度;（4）磁性；（5）电性;（6）表面性质和可浮性；（7）化学性质，如 矿物在无机溶荆中的溶解度、氧化还原性质、细菌作用下溶解度的变化以及热化学性 质；（8）摩擦系数、形状和弹性;（9）其它，如粒度和比表面以及水分等。
总之，上述这些都是影响到矿石和矿物在选别过程中的行为的性质，也可统称为可 选性质。除此以外，由于有些产品的使用质量，不仅以纯度度量,而且还有物理和机械 性能方面的要求，因而在制定选矿试验方案时，就还要注意保护或设法改善物料的这些 性能。例如，鳞片石墨的质量，除了取决于固定碳的含量以外,还与鳞片大小有关；印刷 纸用高岭土在光泽、粘结力、粒度和白度方面均有严格要求。
三、工艺方法的选择
试验工作的开始阶段是最困难的。因为选矿科学技术近30年来尽管已有了长足 的进展，却仍带有浓厚的""技艺”色彩。理论知识会给我们许多有益的启示，而更多地却 仍依赖于经验。矿石物质组成特性的研究可以帮助试验者较快和较有把握地选择选矿 方法和流程,而所研究矿石在选别过程中的行为对试验者则是陌生的，一切推断均须由 试验结果证实。
在实验室研究开始阶段，最好只釆用那些在工业生产上已经行之有效的方法。选 用一些尚无工业实践的新方法往往代价较大，而且经常会碰到未料及的麻烦。只在所 研究的矿石按常规方法得不出满意的选别指标时，才值得去开发或应用潜在的新工艺。同样，研究工作者也必须认识到，实验室试验实际上是今后工业生产过程的预演，一切 技术措施和工艺指标均应能在今后的生产中再现，因而所选用的一切试验设备均应尽 可能地模拟生产设备，也仅在必要时才去研制或应用那些不成熟的新设备。
矿石加工中的第一道工序是破碎和磨碎以及相应的筛分和分级作业。某些工业矿 产在出售前可能只需要破碎和筛分，或者需要通过筛分来丢弃一部分属次等品级的粒 度级别。矿物硬度和形状的差异将有利于按粒度选分。有些矿石可通过洗矿和分级产 出粗粒产品或泥质产品送市场销售。对大多数矿石而言，破碎和磨碎的目的是使矿物 颗粒单体解离。若矿石需要细磨，则试样可用任意常规方法和流程破碎到实验室磨矿 机的给矿粒度;反之，若矿石中聚集着足量的嵌布粒度较粗的矿物颗粒,值得做重选试 验，破碎磨碎流程就应与选别流程相适应,并须特别注意防止矿石的过粉碎。由于实验 室磨矿机给矿粒度远小于工业实践，因而不论属于上述哪种情况,实验室破碎流程不可 能与工业生产相同，且在破碎过程中还须将试样缩分，釆取供不同目的试验用的小份代 表性试样。因而人们将实验室试样破碎流程称为研究前试样的准备或缩分流程。在此须特别提出并给予注意的问题是,金属硫化矿表面易氧化而影响其浮选效果，因而不适 宜于在很细的粒度下长期贮存。
由于重选成本较低,对环境污染少，因而只要有用矿物颗粒较粗,与脉石的密度（比 重）差较大，就应首先考虑重选。在所有重选方法中，实际只有重介质选矿法是完全按 密度（比重）分选的，其他重选方法都是按重量分选，因而随着粒度范围变宽，粒度的影 响将增大，选别效果将下降。最常用的重选设备仍然是重介质选矿机、跳汰机和摇床, 只有一些砂矿床可考虑使用长溜槽。离心选矿机和横流皮带溜槽等细粒重选设备，其 选别效率毕竟不如浮选，因而只在整个流程是以重选为主以及有用矿物可浮性不好的 情况下，才用来选收跳汰和摇床不能回收的细粒重矿物，而很少单独地用作主体选矿设 备。为了减少粒度的影响以及能按粒度不同选用不同设备，重选前常须分级，因而破碎 产品的粒度分析,包括各粒级的化学分析资料，对于选择试验流程和设备往往是很有用 的。
总体上来说，重选过程的分离效率一般不会太高，因而在更多的场合下，是把重选 当作预选或粗选作业使用，粗精矿尚须用浮、磁和电选法处理。只要脉石或围岩的密度 （比重）较低（如石英、硅酸盐和石灰岩等），则即使可直接用浮选法选别的矿石，也应尽 可能先用重介质选矿法预选丢废石。重介选矿法的选别粒度下限一般为2 ~ 3毫米，用 重介质旋流器时，可达0.5毫米。跳汰机的选别粒度下限一般为2 ~ 0.5毫米,摇床通 常处理2 ~ 0.038毫米的物料。
浮选可看作是一种万能的方法，原则上几乎一切工业矿物均可用浮选法回收，共生 矿物分离效率之高也是其他方法不可比的。目前绝大多数有色金属矿产、大量贵金属、 黑色金属、稀有金属和非金属矿产均用浮选法加工。因而对那些依靠重选或磁选等成 本较低的方法难以获得满意指标的矿石，均应安排做浮选试验。金属矿产浮选的适宜 粒度范围为0.3 ~ 0.010毫米。煤和其他密度（比重）小的矿物浮选粒度可较粗。
磁选法的应用范围很容易根据矿物的磁性和嵌布粒度作出明确的判断。例如，湿 式弱磁场磁选法主要用于回收磁铁矿和磁黄铁矿;湿式强磁场磁选机近年来开始应用 于回收赤铁矿等弱磁性铁矿物;干式强磁场磁选则主要用于重选粗精矿的分离，例如， 从白钨矿和锡石中选收黑钨矿。
电选的应用范围较为有限,在金属矿产选别中主要用于粗精矿的加工，如锡石和白 钨矿的分离;在非金属矿产中可用于选钾盐等。这里不打算继续列举一些特殊选矿法 的应用范围，读者可自行查阅本书有关章节。
湿法冶金过程（浸出）对某些有价矿物原料可能是有效的和经济的。许多金和银矿 石很容易用氰化法处理。一些矿石用堆浸法处理。氧化铜矿石和氧化一硫化铜混合矿 石可用稀硫酸浸出（包括堆浸）。铀矿亦常甩浸出法提取。
固液分离作业的实验室试验工作量相对较小，但也是不可缺少的。脱水筛主要用 于粗粒（块）产品的脱水，如块煤;旋流器可用于中粒煤的脱水，或同浓缩机配合处理重 选和浮选产品中的粗砂部分。浓缩机是利用沉降原理使细粒产品脱水的主要设备，实验室试验的目的是确定所需的沉降面积。产品粒度极细或同时密度（比重）很小时（如 煤泥），须考虑用离心机脱水。浓泥浆，如浓缩机沉砂,一般用过滤机脱水。实验室过滤 试验的目的是确定必需的过滤面积。过滤产品的水分有可能低到8 ~10%，但对于煤 泥和含粘土的物料有可能高达30- 35%o离心机或过滤机产品若尚须进一步脱水，就 必须进行干燥，但在实验室试验阶段一般不做干燥试验，必要时可测定不同温度下产品 的脱水速率和平衡水分。
为了考虑尾矿设施的设计，尚需测定尾矿中固体物料的沉降速度。对需排放的废 水和废气，须做涉及环境保护方面的成分检测若有害成分含量超过排放标准，则尚需做 污染防治方面的研究工作。不过这些研究工作，须在中间试验甚至工业试验阶段，才能 系统地进行。实验室选矿试验研究阶段,无法得到足够的废水试样。
尾矿的综合利用，可化害为利，达到既保护环境,又提高企业经济效益的目的，在可 能条件下，应注意安排这方面的试验研究工作。精矿产品一般仅需检验其化学成分，而 在某些场合下，特别是对那些可以直接在工业上利用的矿物产品，如许多非金属矿物产 品，则还要根据其用途，按照国家标准或用户要求测定其工艺性能。
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